第二章包装工艺理论基础ppt课件.ppt

特种包装及技术第二讲特种包装及技术第二讲包装技术发展的相关理论包装技术发展的相关理论一、物理学基础二、化学基础包装技术的物理学基础1.1 产品的物理特性分析产品的物理特性分析 物理性质：凡产品的某种性质改变时，不一定物理性质：凡产品的某种性质改变时，不一定涉及到物质分子或晶体化学组成的改变。包括聚涉及到物质分子或晶体化学组成的改变。包括聚集状态、密度、黏度、沸点、熔点、蒸气压、电集状态、密度、黏度、沸点、熔点、蒸气压、电导率等。导率等。机械性质：产品在机械运动过程中引起其性质机械性质：产品在机械运动过程中引起其性质改变的特性（改变的特性（物理性质的一部分物理性质的一部分）材料属性、）材料属性、力学性质、结构、形状等，如尺寸、质量、刚度、力学性质、结构、形状等，如尺寸、质量、刚度、韧性、固有频率、脆值、机械损伤等。韧性、固有频率、脆值、机械损伤等。包装技术的物理学基础一、产品的材料与组成一、产品的材料与组成 研究分析组成产品的主要材料、元件及其形态，研究分析组成产品的主要材料、元件及其形态，使制订的包装技术方法具有针对性、可行性、环使制订的包装技术方法具有针对性、可行性、环保性、经济性。保性、经济性。包装技术的物理学基础二、产品材料的特征属性二、产品材料的特征属性 1、强度与脆弱性强度与脆弱性（strength and fragility）强度包括：表面的，内部的，结构的；脆弱性也称强度包括：表面的，内部的，结构的；脆弱性也称脆值，或易损性。脆值，或易损性。2、相容性（相容性（conformation）内容产品与包装材料之间，同一包装内不同材料之内容产品与包装材料之间，同一包装内不同材料之间不发生作用。间不发生作用。3、抗载荷能力抗载荷能力（environmental force resistant）广义载荷因素，包括：外力、冲击、振动、冷热、广义载荷因素，包括：外力、冲击、振动、冷热、光、气侯、电磁、辐射、生物等。光、气侯、电磁、辐射、生物等。4、成本经济性成本经济性（cost-economics）性能可靠性，成本，性价比好。性能可靠性，成本，性价比好。包装技术的物理学基础三、产品分类三、产品分类 现在，市场流通的商品类别很多，如食品、生鲜蔬果、饮料、现在，市场流通的商品类别很多，如食品、生鲜蔬果、饮料、药品、医疗器械、五金零件、电子仪器、机械设备、精密仪表、军药品、医疗器械、五金零件、电子仪器、机械设备、精密仪表、军用品、化工产品、危险品等，无例外都需要包装技术来保障其流通用品、化工产品、危险品等，无例外都需要包装技术来保障其流通配送安全。配送安全。为实现包装工艺的标准化、通用化，提高效率，降低成本。根据为实现包装工艺的标准化、通用化，提高效率，降低成本。根据产品的物理形态与特征，流通使用条件与要求，进行分类包装作业。产品的物理形态与特征，流通使用条件与要求，进行分类包装作业。如根据国际危险品分类标准（表如根据国际危险品分类标准（表1-2），各种危险品已划分为），各种危险品已划分为9大类，不同类危险品应该采用不同包装工艺与方法。大类，不同类危险品应该采用不同包装工艺与方法。对于大量消费性商品，可根据产品形态特征，流通条件，消费对于大量消费性商品，可根据产品形态特征，流通条件，消费要求，参照国家法规，确定采用通用化、标准化的包装工艺，或者要求，参照国家法规，确定采用通用化、标准化的包装工艺，或者采用专用的、特殊的包装技术方法。采用专用的、特殊的包装技术方法。包装技术的物理学基础1.2 产品在流通过程中的物理变化产品在流通过程中的物理变化 一、物态变化（三态变化）一、物态变化（三态变化）指产品的物质形态（固体、液体、气体）之间指产品的物质形态（固体、液体、气体）之间发生转化，转化形式有：发生转化，转化形式有：1、挥发与干缩挥发与干缩（volatilization and wizening）如汽油、液化气、樟脑、油漆等。如汽油、液化气、樟脑、油漆等。挥发速度与物质表面蒸气压的大小有关，蒸气挥发速度与物质表面蒸气压的大小有关，蒸气压又与物质本身的沸点、环境温度、湿度、相邻气压又与物质本身的沸点、环境温度、湿度、相邻气体的压力、相邻气体的流动速度以及相互接触面积体的压力、相邻气体的流动速度以及相互接触面积等因素有关。等因素有关。包装技术的物理学基础l挥发 质量减轻 干缩l 挥发气体有毒性或易燃易爆l 密封、禁止携带包装技术的物理学基础 2、溶化与风化溶化与风化（solution and weathering）溶化包括吸湿、潮解等溶化包括吸湿、潮解等 风化：在相对湿度很低的情况下，含结晶风化：在相对湿度很低的情况下，含结晶水的物质失去水分。水的物质失去水分。包装技术的物理学基础l吸湿性：产品吸收和放出水分的性质，它影响着产品的隔绝性、卷曲性和产生气泡等物理性能。l水溶性：产品溶解于所吸收水分而成为液体的性质。l吸湿点：产品在一定的温度和压力下开始吸湿的相对湿度值。若压力恒定，随着环境温度升高，吸湿点会逐渐下降，使产品易于吸湿溶化。包装技术的物理学基础3、熔化与凝固熔化与凝固（melt and solidifying）如糖、巧克力、香脂、蜡、肥皂、沥青、如糖、巧克力、香脂、蜡、肥皂、沥青、某些金属盐等。某些金属盐等。熔化与凝固现象伴随着产品吸热和放热熔化与凝固现象伴随着产品吸热和放热的过程，与温度环境密不可分。这一现象还与的过程，与温度环境密不可分。这一现象还与产品的熔点有关。产品的熔点有关。包装技术的物理学基础 二、渗漏与渗透二、渗漏与渗透（leakage，permeation）1、渗出或泄漏渗出或泄漏（leakage or seep out）由于包装材料本身或结构强度不够，或封缄形由于包装材料本身或结构强度不够，或封缄形式强度问题，使液体气体产品，尤其是含有毒、式强度问题，使液体气体产品，尤其是含有毒、有害物质的产品的渗出或泄漏，将污染环境，甚有害物质的产品的渗出或泄漏，将污染环境，甚至酿成重大事故。至酿成重大事故。渗漏原因：包装品质量差材质原因，流通和装渗漏原因：包装品质量差材质原因，流通和装卸时破损、裂纹内装物三态变化引起包装品损坏卸时破损、裂纹内装物三态变化引起包装品损坏液态产品在低温或冻结时造成包装品破裂。液态产品在低温或冻结时造成包装品破裂。包装技术的物理学基础2、渗透与迁移渗透与迁移（permeation，migration）某些气体直接渗透过包装材料进入包装内某些气体直接渗透过包装材料进入包装内容中。包装内部不同材料物质之间发生分子迁容中。包装内部不同材料物质之间发生分子迁移。这是涉及环保与消费安全的重要问题。移。这是涉及环保与消费安全的重要问题。渗透现象是由分压梯度引起的。渗透现象是由分压梯度引起的。包装技术的物理学基础三、导热性与耐热性三、导热性与耐热性（heat-conduction，heat-resistant）产品传导热量的性质；产品受热后保持其产品传导热量的性质；产品受热后保持其原性能不变的性质。除了物质本身，还与环境原性能不变的性质。除了物质本身，还与环境温度、湿度、气压、通风条件等有关。故如金温度、湿度、气压、通风条件等有关。故如金属品、橡胶制品、粮食、玻陶制品等不同产品属品、橡胶制品、粮食、玻陶制品等不同产品显然有不同的存放要求。显然有不同的存放要求。包装技术的物理学基础l影响导热性的主要因素：产品的材质成分、结构形式、加工方法、形状尺寸等。l影响耐热性的主要因素：产品自身的导热性、膨胀系数、环境因素（温度、气压、通风条件等）l一般：产品导热性好而膨胀系数小，则耐热性好，抗温度变化能力强，反之则耐热性差、抗温度变化能力差。包装技术的物理学基础 四、电磁性四、电磁性（electromagnetic property）是指产品导电、导磁性能的变化。外界电、磁场强度变化超过一是指产品导电、导磁性能的变化。外界电、磁场强度变化超过一定极限时，会使产品的功能受到影响或损坏。尤其是危险品、精密定极限时，会使产品的功能受到影响或损坏。尤其是危险品、精密电子仪器、军用器械弹药、其它高技术产品等，其成分或元件都具电子仪器、军用器械弹药、其它高技术产品等，其成分或元件都具有静电敏感性、电磁敏感性。有静电敏感性、电磁敏感性。五、光学性五、光学性（light-resistant）许多产品，如危险品、化学品、化妆品、药品、饮料、食品等，许多产品，如危险品、化学品、化妆品、药品、饮料、食品等，光照会造成其品质与性能发生变化。透光度，除了与材料的透光系光照会造成其品质与性能发生变化。透光度，除了与材料的透光系数有关，还与材质的结构形状、吸光、反射、色散程度有关。包装数有关，还与材质的结构形状、吸光、反射、色散程度有关。包装时，根据产品性质与使用要求，可采用不同形态材料（透明、半透时，根据产品性质与使用要求，可采用不同形态材料（透明、半透明、不透明），确保内容物性质稳定性。明、不透明），确保内容物性质稳定性。包装技术的化学基础2.1 产品的化学特性分析产品的化学特性分析 一、化学成分一、化学成分 认真阅读产品说明书，区分不同产品，分析各种认真阅读产品说明书，区分不同产品，分析各种产品所包含的化学成分，才能确定合理的防护包装措产品所包含的化学成分，才能确定合理的防护包装措施。施。例如例如食品食品有多种类型；有天然的也有人工制造的，有多种类型；有天然的也有人工制造的，有鲜货也有干货，有纯粹的也有加添加剂的。主要成有鲜货也有干货，有纯粹的也有加添加剂的。主要成分是淀粉、糖类、蛋白质、脂肪、维生素、矿物质等。分是淀粉、糖类、蛋白质、脂肪、维生素、矿物质等。药品药品有各种不同形态：片剂、粉剂、水剂、气有各种不同形态：片剂、粉剂、水剂、气雾剂、油膏等。由多种药物成分组合。中成药有单方雾剂、油膏等。由多种药物成分组合。中成药有单方也有复方，有提炼的，也有合成的。也有复方，有提炼的，也有合成的。包装技术的化学基础 化学品化学品有工业化学品、建筑化学品、农药。有工业化学品、建筑化学品、农药。家用化学品有清洁剂、除虫剂、装饰品、化妆家用化学品有清洁剂、除虫剂、装饰品、化妆品、卫浴品等。由多种化学成分或与天然材料品、卫浴品等。由多种化学成分或与天然材料混合而成。混合而成。机电产品中机电产品中，含有钢铁、有色金属、，含有钢铁、有色金属、塑料等成分。塑料等成分。危险品中危险品中，有自燃性、易爆性的，有自燃性、易爆性的，有毒性、腐蚀性、污染性的。主要是化学成分。有毒性、腐蚀性、污染性的。主要是化学成分。包装技术的化学基础二、化学性质二、化学性质 1、化学稳定性化学稳定性（chemical stability）在外界条件影响下，一定范围内不发生分解、氧化或其他在外界条件影响下，一定范围内不发生分解、氧化或其他变化的变化的性质。它由产品的化学成分、化学结构及外界条件决定的。性质。它由产品的化学成分、化学结构及外界条件决定的。2、毒性毒性（toxicity）指产品能与有机体发生物理或化学作用，可破坏有机体的指产品能与有机体发生物理或化学作用，可破坏有机体的正常生正常生理功能的性质。理功能的性质。主要是医药品、化学品、农药、有机溶剂等。注意研究主要是医药品、化学品、农药、有机溶剂等。注意研究产品内产品内容的毒性，包装材料中可能的毒性，两者反应再产生毒性。容的毒性，包装材料中可能的毒性，两者反应再产生毒性。包装技术的化学基础3、腐蚀性腐蚀性（corrosion）生物体与产品接触后，可发生腐蚀性灼伤，生物体与产品接触后，可发生腐蚀性灼伤，或使其他物体产生破坏性变化。主要是浓酸和或使其他物体产生破坏性变化。主要是浓酸和强碱，有机溶剂。腐蚀性产品大多还伴有毒害、强碱，有机溶剂。腐蚀性产品大多还伴有毒害、易燃、易爆等性能。易燃、易爆等性能。包装技术的化学基础4、燃爆性燃爆性（combustion and explosion）易燃烧产品易燃烧产品有：易燃液体（乙醚、乙醇、汽油）有：易燃液体（乙醚、乙醇、汽油），易燃固体（赤磷、火柴），自燃物品（黄磷、硝，易燃固体（赤磷、火柴），自燃物品（黄磷、硝酸纤维素），酸纤维素），遇水反应后燃烧物遇水反应后燃烧物（活泼金属、金属（活泼金属、金属氢化物、金属碳化物）。氢化物、金属碳化物）。易爆炸产品易爆炸产品有：撞击后爆炸（乙炔、硝化甘油、有：撞击后爆炸（乙炔、硝化甘油、三硝基甲苯），易燃物在空气中爆炸（苯、汽油、三硝基甲苯），易燃物在空气中爆炸（苯、汽油、丙酮），与氧化剂反应爆炸（高锰酸钾、氯酸钾、丙酮），与氧化剂反应爆炸（高锰酸钾、氯酸钾、硫磺、金属锌粉），受热、受摩擦、受压后爆炸硫磺、金属锌粉），受热、受摩擦、受压后爆炸（重铬酸钾、硝酸盐、磷类），（重铬酸钾、硝酸盐、磷类），与水（潮气）后爆与水（潮气）后爆炸品炸品（金属钠）。（金属钠）。包装技术的化学基础2.2 被包装产品的化学变化被包装产品的化学变化 一、化合一、化合(chemical composition)两种或两种以上物质相互作用。两种或两种以上物质相互作用。二、分解二、分解(decomposition,resolving)由一种物质生成两种或两种以上物质的反应。由一种物质生成两种或两种以上物质的反应。三、水解三、水解(decomposition with water)产品中某些成分在一定条件下，遇水而发生分解的现产品中某些成分在一定条件下，遇水而发生分解的现象。象。如，蔗糖可水解为葡萄糖和果糖如，蔗糖可水解为葡萄糖和果糖.淀粉、纤维素发生水淀粉、纤维素发生水解，导致链节断裂，强度下降解，导致链节断裂，强度下降.四、氧化四、氧化（oxidization）物质与氧化合的化学变化，如锈蚀、呼吸、燃烧等都物质与氧化合的化学变化，如锈蚀、呼吸、燃烧等都属氧化过程。氧化会导致食品的退色，褐变，维生素破坏，属氧化过程。氧化会导致食品的退色，褐变，维生素破坏，变质，油脂酸败等。变质，油脂酸败等。包装技术的化学基础有些物质氧化会引起放热、自燃、爆炸。有些含较多不饱和有些物质氧化会引起放热、自燃、爆炸。有些含较多不饱和键（键（-C=C-）的产品，在空气中易与氧发生反应放出热量，当通）的产品，在空气中易与氧发生反应放出热量，当通风不良时，会自燃。如桐油，要用通风容器装。风不良时，会自燃。如桐油，要用通风容器装。五、腐蚀五、腐蚀（corrosion）金属与周围介质接触时，由于化学作用而引起材料性能的退金属与周围介质接触时，由于化学作用而引起材料性能的退化与破坏。化与破坏。1、化学腐蚀化学腐蚀（chemical corrosion）金属表面直接与介质中某些氧化物发生氧化还原反应，引起金属表面直接与介质中某些氧化物发生氧化还原反应，引起化学腐蚀。化学腐蚀。1）高温氧化：如钢铁在空气或介质高温氧化：如钢铁在空气或介质O2、CO2、H2O中高温中高温加热时，发生严重氧化腐蚀。加热时，发生严重氧化腐蚀。2）脱碳：如钢一类的铁碳合金，高温氧化时，含碳量下脱碳：如钢一类的铁碳合金，高温氧化时，含碳量下降，影响使用寿命。降，影响使用寿命。包装技术的化学基础3）氢脆：金属吸收原子氢而变脆，材料易发生断裂。金属在氢脆：金属吸收原子氢而变脆，材料易发生断裂。金属在水溶液中因腐蚀、酸洗、电镀、阳极保护中容易发生氢脆现象。水溶液中因腐蚀、酸洗、电镀、阳极保护中容易发生氢脆现象。2、电化学腐蚀电化学腐蚀（electro-chemical corrosion）金属与酸、碱、盐等电解质溶液或潮湿空气接触时，由于局部金属与酸、碱、盐等电解质溶液或潮湿空气接触时，由于局部的电池形成（金属体与金属中的微量杂质构成一短路电池）而引起的电池形成（金属体与金属中的微量杂质构成一短路电池）而引起电化学腐蚀，腐蚀过程中有电流产生。电化学腐蚀，腐蚀过程中有电流产生。电化学腐蚀的类型：电化学腐蚀的类型：1）吸氧腐蚀：在金属表面吸附水膜酸性较弱时）吸氧腐蚀：在金属表面吸附水膜酸性较弱时 由于溶解氧的由于溶解氧的作用而引起的。作用而引起的。2）析氧腐蚀：在酸性介质中金属及其制品发生析出氧的反应。）析氧腐蚀：在酸性介质中金属及其制品发生析出氧的反应。空气中含有较多空气中含有较多CO2，SO2，NO2等酸性气体，金属制品暴露在等酸性气体，金属制品暴露在湿气中会发生析氧腐蚀。湿气中会发生析氧腐蚀。包装技术的化学基础l六、老化（aging）l 老化是指某些以有机高分子聚合物为主要成分的产品如塑料、橡胶制品及合成纤维织品等，受日光、热和空气中的氧等因素的影响，而发生龟裂、发黏、强度降低以至发脆变质的现象。包装技术的化学基础l1、塑料制品的老化l塑料制品发生老化是由于合成树脂的分子结构发生变化造成的。l（1）大分子主链断裂，分子量降低，从而使塑料变软、发黏、机械性能变坏；l（2）分子发生交联，使塑料变僵、变脆、丧失弹性或发生龟裂；l（3）分子链的侧基改变，使塑料制品出现变形、龟裂以及性能改变等。包装技术的化学基础l2、橡胶制品的老化l基本原因是由于橡胶大分子有双键存在，在氧的作用下受到了破坏，即橡胶分子与氧结合后破坏了橡胶大分子的结构。因此，日光、高温、潮湿空气等都会加速橡胶制品的老化。l同时橡胶与氧的接触面越大，氧扩散到橡胶内部的可能性也越大，也就越容易老化。包装技术的微生物学基础l3.1 微生物的形态结构和生理活动（自学）微生物的形态结构和生理活动（自学）包装技术的微生物学基础3.2 各种因素对微生物生命活动的影响各种因素对微生物生命活动的影响一、物理因素一、物理因素1、温度温度l（1）随着温度的上升，细胞中的生物化学反应速率加快，生长速率加快；l（2）机体的重要组成如蛋白质、核酸等都对温度较敏感，随着温度的增高而可能遭受不可逆的破坏。包装技术的微生物学基础表:一些细菌的致死温度l下面介绍几种高温灭菌法：l（1）干热灭菌l 在干燥箱中利用热空气来灭菌。通常在160C温度下，处理12h可达到灭菌目的。l（2）湿热灭菌l 在同样温度下，湿热灭菌效果比干热灭菌好。其主要原因是细胞原生质在含水量高的情况下更易变形凝固，而且蒸气的穿透力强。l2、干燥（干燥（dry）l（1）干燥引起有些微生物迅速死亡；l（2）随着干燥环境的延续而逐渐死亡；l（3）虽可以存活，但不能进行繁殖。l干燥能引起微生物细胞内蛋白质的变性和盐类浓度的增高，这是抑制微生物生长或促使微生物死亡的主要原因。l3、渗透压（permeation pressure）l突然改变渗透压将使细胞失去活性。水或其他溶剂经过半透性膜而进行扩散称为渗透。在渗透时溶剂通过半透性膜时的压力称为渗透压，其大小与溶液浓度成正比。微生物的生活环境必须具有与其细胞相适应的渗透压。突然改变渗透压会使微生物失去活性；逐渐改渗透压，微生物常能适应这种改变。不同的渗透压对微生物有不同的影响。l4、超声波（ultrasound）l超声波可使细胞破裂死亡。l超声波的杀菌效果与其频率、处理时间及细菌大小、形状、数量有关，频率高杀菌力强；杆状菌较球状菌敏感；细胞芽孢具较强抗性，大多数情况下不受超声波影响。l5、辐射（radiation）l（1）紫外线l紫外线为非电离辐射，它能使被照射物的分子或原子中的内层电子提高能级，但不引起电离。波长为260nm左右的紫外线具有最高杀菌效应。l紫外线能使微生物细胞内核蛋白分子构造发生变化而引起死亡。l（2）X射线和射线l电离辐射，因为它们有足够的能量从分子中逐出电子使之电离。电离辐射对微生物的致死作用主要在于它会引起物质电离。l射线是由某些放射性同位素，如C060发射出的高能量辐射，具较强穿透力，可致死所有生物。l三、化学因素对微生物生长与死亡的影响l1、酸、碱与PH值l细胞具有保持其内部环境接近中性的能力，所以强酸与强碱对微生物具有杀伤力。l如丙甲酸可作防腐剂，丙酸可防霉。表：不同微生物对氢离子浓度的适应范围表：不同微生物对氢离子浓度的适应范围微生物pH最低最适最高氧化硫杆菌嗜酸乳杆菌大豆根瘤菌褐球固氮菌亚硝酸细菌放线菌酵母菌黑曲霉10404642457O503O1520285866687074767886708050605060406O6811090941008090l2、重金属及其化合物l汞、银、铜l重金属盐类都是蛋白质沉淀剂，高浓度时可引起细胞死亡。l主要原理是由于重金属离子易于细胞蛋白质结合使之变性，或与酶的-SH基结合使酶失去活性。l1：5001：2000的氯化汞溶液对大多数细菌有致死作用；0.1%1%硝酸银可消毒皮肤。l3、有机化合物l酚、醛、醇等有机化合物能使蛋白质变性，是常用的杀菌剂。l4、卤族元素及其化合物l碘、氯气、氯化物l四、生物因素对微生物生长与死亡的影响l1、寄生（autoeciousness）l2、共生（intergrowth）l3、互生（altenation）l4、拮抗（rivalry）